KR100453721B1

KR100453721B1 - 수동 트랜스폰더 장치

Info

Publication number: KR100453721B1
Application number: KR10-2002-0029289A
Authority: KR
Inventors: 정세진; 최유수; 최재욱; 전신우; 김태진
Original assignee: 주식회사 더즈텍
Priority date: 2002-05-27
Filing date: 2002-05-27
Publication date: 2004-10-20
Also published as: KR20030091356A

Abstract

본 발명은 고주파 식별(RF-ID) 수동 트랜스폰더에 관한 것이다. 본 발명은 인터로게이터로부터 송출된 서로 다른 주파수를 갖는 복수의 RF 신호를 수신하는 복수의 안테나와 제1 내지 제3 안테나 연결 단자를 통해 결합된 수동 트랜스폰더 장치에 있어서, 상기 RF 신호를 제1 전압 신호 및 제2 전압 신호로 변환하여 출력하는 검파/정류부와, 상기 제1 전압 신호를 입력받아 상기 수동 트랜스폰더 장치의 구동 전원으로 공급하는 차저 탱크와, 상기 제1 전압 신호의 크기를 제한하는 칩 파워 션트부와, 상기 제2 전압 신호의 크기를 제한하는 변조 션트부와, 상기 수동 트랜스폰더의 작동에 관련된 초기 데이터 및 전송 데이터를 저장하는 저장부와, 상기 제2 전압 신호로부터 커맨드를 검출하는 커맨드 검출/입력 버퍼와, 상기 커맨드 검출/입력 버퍼로부터 입력된 커맨드에 의해 상기 수동 트랜스폰더의 전체적인 동작을 제어하는 제어부 및 상기 제어부의 제어에 의해 상기 저장부에 기록된 상기 전송 데이터를 진폭 변조하는 변조 회로를 포함하는 수동 트랜스폰더 장치가 제공된다.

Description

수동 트랜스폰더 장치{PASSIVE TRANSPONDER}

본 발명은 고주파 식별(RF-ID) 수동 트랜스폰더에 관한 것이다. 좀 더 상세히 설명하면, 데이터의 기록/소거가 가능하며, 900MHz 및 2.4GHz 대역에서 동작하는 RF-ID 수동 트랜스폰더에 관한 것이다.

RF-ID 태그에 의한 고주파 식별(RF Identification, RF-ID)은 정보기술 산업 인식기술 분야의 중요한 기술로 간주되고 있다. 기존의 인식기술은 물류, 유통 바코드, 신분증, 출입통제 분야에 마그네틱 바코드 기술을 이용한 접촉식 단순 인식기술이었으나 최근에는 보다 발전된 비접촉식 고주파 식별 기술이 보편화되고 있다. 이러한 고주파 식별 기술은 현재까지는 출입통제, 교통카드, 차량인식, 고속도로 요금징수시스템(ETC), 물류, 공장자동화 등에 제한적으로 활용되어 왔으나 최근에는 초박형 ID 칩을 사용한 박형 고기능 RF-ID 태그 기술이 개발되어 고속 고감도 무선 스마트카드, 무선 전자화폐, 여권 등의 신분증에 이용되고 향후에는 프린터블(printable) 초박형 RF 태그가 등장하여 점차 기존의 바코드를 대체하는 유통혁명을 창출할 것으로 전망된다. 상술한 RF-ID 분야의 칩 설계에 있어서, RF-ID 태그에서 사용되는 칩 전원은 트랜시버로부터 방사되는 고주파의 전력을 고효율 쇼트키 다이오드을 통하여 정류하여 칩 내부에 캐패시터에 저장하여 내부회로의 동작시 충분한 전류를 제공하게 된다. 이 분야의 연구는 칩 정류 효율 향상이라는 목표로 고효율 다이오드개발 및 임피던스 매칭방법과 고효율의 안테나 개발과 더불어 활발한 연구가 계속되어져 왔다. 이에 의해, 트랜시버가 RF-ID 태그의 존재를 확인하는데 그치지 않고, 트랜시버와 RF-ID 태그간에 서로 정보를 교환하거나 또는 트랜시버로부터 명령(Command)을 수신한 RF-ID 태그가 수신한 명령에 기반한 특정 동작을 수행할 수 있는 고기능 고효율의 RF-ID 시스템이 개발되었다. 그러나, 이러한 RF-ID 시스템은 트랜시버로부터 명령을 수신하기 위해 복잡한 구성을 요하며, 입사되는 고주파 신호의 변조시 발생하는 플로팅 신호로 인해 입력 버퍼가 오동작하는 문제점이 있다. 또한, 각각의 RF-ID 태그를 구별하기 위한 ID(Identification) 데이터는 RF-ID 태그의 제작시 기록되어 소거 및 재기록이 불가능함으로 인해, RF-ID 시스템의 응용에 많은 제약을 주는 문제점이 있다.

한편, 종래의 RF-ID 시스템은 RF-ID 태그에서 검파 및 정류를 위해 사용되는 쇼트키 다이오드와 같은 비선형소자는 비선형 임피던스 특성으로 인해, 선택된 고주파 신호 이외의 고조파(Harmonic wave)를 발생시킨다. 이로 인해, 단일 고주파를 교신 신호로 운용하는 RF-ID 시스템에서는 불필요한 고조파의 발생으로 인해 빈번하게 판독 오류가 발생하는 문제점이 있었다.

단일 주파수의 고주파를 교신 신호로 사용하여 발생하는 문제점을 해결하기 위해 제안된 미국 특허 등록 번호 제6060815를 참조하면, 서로 다른 주파수를 갖는 복수의 고주파 신호를 교신 신호(Interrogation Signal)로 운용하는 RF-ID 시스템이 개시되어 있다. 상기 특허에서 제시된 복수의 고주파 신호를 이용한 방식은 송신 주파수 드리프트 효과를 감소시키고, RF-ID 태그로 입사되는 고주파 신호의 반사시 대역폭을 증가시키는 효과를 갖는다. 상술한 방식에 의해 RF-ID 태그에 입사된 복수의 고주파 신호는 비선형 임피던스 소자인 쇼트키 다이오드 또는 주파수 혼합 소자에 의해 RF-ID 태그의 구동 주파수 대역의 신호로 변환되고, 변환된 신호는RF-ID 태그의 구동 전원으로 이용된다.

따라서, 본 발명의 목적은 ID 데이터의 기록 및 소거가 가능하게 함으로써, RF-ID 시스템의 응용에 제한을 해결한 수동 트랜스폰더 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 트랜시버로부터 수신된 커맨드를 버퍼링하는 입력 버퍼의 오동작을 효과적으로 방지할 수 있는 수동 트랜스폰더 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 CMOS 타입으로 구현된 수동 트랜스폰더 내부에서 비정기적으로 발생하는 과전류 현상을 제거한 수동 트랜스폰더 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 900MHz 대역 및 2.45GHz 대역에서 동작하는 RF-ID 칩의 로직에 결합되어 검파 및 정류 효율을 높이고, 내부 구동 전원을 안정화시키며, 입력 버퍼를 보호하는 수동 트랜스폰더 장치를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수동 트랜스폰더의 내부 구성을 도시한 블록도.

도 2a 내지 도 2b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 검파/정류 회로를 도시한 회로도.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 칩 파워 션트 회로를 도시한 회로도.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 변조 션트 회로를 도시한 회로도.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 변조 회로를 도시한 회로도.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 커맨드 검출/입력 버퍼를 도시한 회로도.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수동 트랜스폰더 시스템의 구성을 도시한 블록도.

본 발명의 일측면에 의한 바람직한 일실시예에 따르면, 인터로게이터로부터 송출된 서로 다른 주파수를 갖는 복수의 RF 신호를 수신하는 복수의 안테나와 제1 내지 제3 안테나 연결 단자를 통해 결합된 수동 트랜스폰더 장치에 있어서, 상기 제2 안테나 연결 단자 및 상기 제3 안테나 연결 단자를 통해 상기 안테나와 결합하고, 상기 RF 신호를 제1 전압 신호 및 제2 전압 신호로 변환하여 출력하는 검파/정류부와, 상기 검파/정류부의 제1 전압 신호 출력측과 상기 제1 안테나 연결 단자 사이에 결합되며, 상기 제1 전압 신호를 입력받아 상기 수동 트랜스폰더 장치의 구동 전원으로 공급하는 차저 탱크와, 상기 검파/정류부의 제1 전압 신호 출력측과 상기 제1 안테나 연결 단자 사이에 결합되며, 상기 제1 전압 신호의 크기를 제한하는 칩 파워 션트부와, 상기 검파/정류부의 제2 전압 신호 출력측과 상기 제1 안테나 연결 단자 사이에 결합되며, 상기 제2 전압 신호의 크기를 제한하는 변조 션트부와 상기 수동 트랜스폰더의 작동에 관련된 초기 데이터 및 전송 데이터를 저장하는 저장부와, 상기 검파/변조부의 제2 전압 신호 출력측과 제어부 사이에 결합되며, 상기 제2 전압 신호로부터 커맨드를 검출하는 커맨드 검출/입력 버퍼와, 상기 커맨드 검출/입력 버퍼로부터 입력된 커맨드에 의해 상기 수동 트랜스폰더의 전체적인 동작을 제어하는 제어부 및 상기 검파/정류부의 제2 전압 신호 출력측과 상기 제1 안테나 연결 단자 사이에 결합되며, 상기 제어부의 제어에 의해 상기 저장부에 기록된 상기 전송 데이터를 진폭 변조하는 변조 회로를 포함하는 수동 트랜스폰더 장치가 제공된다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 수동 트랜스폰더 시스템에 있어서, 선택 주파수를 갖는 제1 RF 신호 및 상기 선택 주파수와 평균 중심 주파수가 일치하도록 협대역 주파수 변조에 의해 발생된 톤 변조된 적어도 하나의 제2 RF 신호를 송출하는 송신기와, 상기 제1 RF 신호 및 상기 제2 RF 신호의 평균 중심 주파수에 동기되어 상기 복수의 RF 신호를 구동 전원으로 이용하며, 내부에 포함된 고유 ID 데이터를 이용하여 상기 수신된 복수의 RF 신호를 저주파 변조하여 송출하는 수동 트랜스폰더 장치 및 상기 수동 트랜스폰더 장치로부터 수신한 저주파 변조된 RF 신호로부터 상기 ID 데이터를 검출하는 수신기를 포함하는 수동 트랜스폰더 시스템.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서에서는 설명의 편의를 위해, NMOS 트랜지스터로 구현된 실시예를 설명한다. 그러나, 이는 본 발명의 권리범위를 NMOS 트랜지스터로 구현된 장치에 한정하는 것은 아니며, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, PMOS 트랜지스터를 이용하여 동일한 회로를 구성할 수 있음은 물론이다.

도 1a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수동 트랜스폰더의 내부 구성을 도시한 블록도이고, 도 1b는 평판형 안테나의 형상을 도시한 도면이다.

도 1a를 참조하면, 수동 트랜스폰더는 검파/정류 회로(100), 차처 탱크(120), 칩 파워 션트(SHUNT) 회로(140), EEP 롬(160), MCU(180), 변조 션트 회로(200), 변조 회로(220) 및 커맨드 검출/입력 버퍼(240)를 포함한다. 본 발명에 따른 수동 트랜스폰더는 상술한 구성 요소를 포함하는 하나의 칩으로 구성되며, 도 1에 도시된 바와 같이, 평판형 안테나(10)의 제1 안테나 연결 단자, 제2 안테나 연결 단자 및 제3 안테나 연결 단자에 각각 연결된다. 다만, 수동 트랜스폰더와 평판형 안테나(10) 사이에 결합되는 임피던스 매칭 회로가 도 1a에는 도시되어 있지 않다.

검파/정류 회로(100)는 RF-IF 인터로게이터로부터 송출된 915MHz 대역 또는 2.45GHz 대역의 RF 신호를 직류 전압 신호로 변환하고, 체배하여 수동 트랜스폰더의 구동에 필요한 최소 전압이 되도록 한다. 정류 회로(100)는 2개의 출력 노드인 E 노드와 M 노드를 구비하며, E 노드는 제2 쇼트키 다이오드에 의해 2차 정류 및 전압 체배된 제1 전압 신호의 출력 노드이고, M 노드는 검파/정류 회로의 제1 쇼트키 다이오드에 의해 1차 정류된 제2 전압 신호의 출력 노드이다. 검파/정류 회로(100)의 내부 구성은 도 2a 내지 도 2b를 참조하여 설명한다.

차저 탱크(120)는 E 노드에 결합되며, 수동 트랜스폰더를 구성하는 하나의 반도체 칩에 포함되고, 정류 회로(100)로부터 출력된 제1 전압 신호는 차저 탱크(120)를 통해 수동 트랜스폰더의 구동 전원으로 사용된다. 본 발명에서는, 평판 컨덴서를 차저 탱크로 이용하였으며, 평판 컨덴서의 커패시턴스는 1 nF 이상이 바람직하다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는 1800pF의 커패시턴스를 갖는 평판 콘덴서를 이용하여 기본적인 형태의 차저 펌프를 구현하였다. 그러나, NMOS 트랜지스터 또는 PMOS 트랜지스터를 이용하여서도 차저 펌프를 구현할 수 있음은 물론이다.

칩 파워 션트 회로(140)는 E 노드에 결합되어 있는 각 구성 요소에 인가되는 전압 신호의 크기를 제한하며, 특히, 본 발명과 같이 RF 회로에서는, 정류 회로의 쇼트키 다이오드(Schottky Diod)의 양단에 걸리는 전압의 크기를 제한한다. 칩 파워 션트 회로(140)의 내부 구성은 도 3을 참조하여 설명한다.

EEP 롬(160)은 전기적인 수단을 통해 정보의 기록 및 소거 가능한 기록 소자로서, 수동 트랜스폰더를 구성하는 하나의 반도체 칩에 포함되며, 검파/정류 회로(100)로부터 구동 전원(VDD)을 인가 받고, 수동 트랜스폰더의 작동에 관련된 초기 데이터 및 전송 데이터를 제어 회로(180)로 전송한다. EEP 롬(160)에는 수동 트랜스폰더의 응용 목적에 따라 필요한 작동 모드(OPERATION MODE) 및 내부 동작 제어에 필요한 초기 데이터(INITIALIZE DATA)와, 수동 트랜스폰더의 ID 데이터를 포함하는 전송 데이터가 기록된다. 여기서, 작동 모드는 인터로게이터의 무선 전파 신호가 인가되면, (1) 대기 동작 없이 즉시 데이터 프레임을 송출하는 연속 모드와, (2) 무선 전파 신호에 포함된 커맨드 펄스에 의해 다음 작동 명령을 대기하는 커맨드 모드가 포함된다. 커맨드 모드에서는 송출할 데이터 프레임의 지연 시간이 별도로 설정되어진다. 여기서, 데이터 프레임은 156비트 차등 양위상(Bi-Phase) 엔코딩된 데이터로서, 64Kbps로 송출된다.

제어 회로(180)는 인터로게이터로부터 송출된 적어도 하나의 무선 신호에 의해 수동 트랜스폰더가 작동하기 시작하고, 무선 신호에 포함된 커맨드가 커맨드 검출/입력 버퍼(240)를 통해 입력되면, EEP 롬(160)에 기록된 ID 정보를 변조하여 송출하도록 내부 구성 요소의 동작을 제어한다. 제어 회로(180)는 적어도 하나의 오실레이터, 전원 제어 회로, 제어 로직 및 양위상 변조 회로(Bi-Phase Modulator)를 포함한다.

변조 션트 회로(200)는 M 노드에 결합되어 있는 각 구성 요소에 인가되는 제2 전압 신호의 크기를 제한하며, 특히, 본 발명과 같이 고주파 회로에서는, 정류 회로의 쇼트키 다이오드(Schottky Diod)의 양단에 걸리는 전압의 크기를 제한한다.변조 션트 회로(200)의 내부 구성은 도 4를 참조하여 설명한다.

변조 회로(220)는 M 노드에 결합되어 있으며, 제어 회로(180)의 제어 신호 PMOD에 의해 EEP 롬(160)에 기록된 전송 데이터를 진폭 변조(Amplitude Modulation)하여 평판형 안테나(10)를 통해 인터로게이터로 송출한다. 변조 회로(220)의 내부 구성은 도 5를 참조하여 설명한다.

커맨드 검출/입력 버퍼(240)는 M 노드에 결합되어 있으며, 데이터 검출 수단으로 실리콘 다이오드 구조로 연결된 NMOS 트랜지스터, 버퍼 보호 수단으로 스위치로 동작하는 NMOS 트랜지스터 및 입력 버퍼로 구성되어 있다. 커맨드 검출/입력 버퍼(240)는 비변조(Non-Modulation Mode)시 검파/정류 회로(160)에 의해 1차 정류된 신호에 포함된 커맨드 펄스를 검출하여 버퍼에 일시 저장한 후 제어 회로(180)에 입력한다. 커맨드 검출/입력 버퍼(240)의 내부 구성은 도 6을 참조하여 설명한다.

도 1b에 도시된 평판형 안테나(10)는 인터로게이터로부터 송출된 서로 다른 주파수를 갖는 복수의 RF 신호를 수신하여 제1 내지 제3 안테나 연결 단자를 통해 수동 트랜스폰더에 입력한다.

도 2a 내지 도 2b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 검파/정류 회로를 도시한 회로도이다.

도 2a에 도시된 정류 회로(100)는 전압 체배 회로(VOLTAGE DOUBLER CIRCUIT)이며, 제1 쇼트키 다이오드(102), 제2 쇼트키 다이오드(104) 및 결합 콘덴서(106)로 구성되어 있다. 제1 쇼트키 다이오드(102)의 N 노드(캐쏘드; cathode)와 제2 쇼트키 다이오드(104)의 P 노드(애노드; anode)가 결합되어 있으며, 제1 쇼트키 다이오드(102)와 제2 쇼트키 다이오드(104)의 결합점에 결합 콘덴서(106)의 일측 단자가 결합되어 있다. 여기서, 결합 콘덴서(106)는 5pF의 커패시턴스를 가지며, 평판 콘덴서로 구성되는 것이 바람직하다. 제1 쇼트키 다이오드(102)의 P 노드는 제3 안테나연결 단자에 결합되며, 제2 쇼트키 다이오드(104)의 N 노드는 E 노드에 결합된다. 또한, 제1 쇼트키 다이오드(102)와 제2 쇼트키 다이오드(104)의 결합점은 M 노드에 결합되며, 결합 콘덴서(106)의 타측 단자는 제2 안테나 연결 단자에 결합된다.

도 2a에 도시된 바와 같이, RF 대역(915MHz 대역 또는 2.45GHz 대역)에서 동작하는 2개의 쇼트키 다이오드를 이용하여 정류 회로(100)를 구성함으로써, 검파 효율은 높아지고, 임피던스는 반으로 줄어들며, 이로 인해 평판형 안테나(10)와 정류 회로(100) 사이의 임피던스 매칭이 용이해지는 장점이 있다.

도 2b에 도시된 정류 회로(100)는 하나의 쇼트키 다이오드(108) 및 결합 콘덴서(110)로 구성되어 있다. 쇼트키 다이오드(108)의 P 노드는 결합 콘덴서(110)의 일측 단자, M 노드 및 제3 안테나 연결 단자와 결합되며, 쇼트키 다이오드(108)의 N 노드는 E 노드와 결합된다. 그리고, 결합 콘덴서(110)의 타측 단자는 제2 안테나 연결 단자에 결합된다. 도 2b에 도시된 정류 회로(100)는 일반적인 적은 비용으로 구현할 수 있는 장점이 있으나, 동일한 입력 신호에 대해 도 2a에 도시된 전압 체배 회로 보다 낮은 출력 전압을 얻을 수밖에 없다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 칩 파워 션트 회로를 도시한 회로도이다.

도 3에 도시된 칩 파워 션트 회로(140)는 직렬로 결합된 복수의 NMOS 트랜지스터(142 내지 148)들로 구성된다. 복수의 NMOS 트랜지스터들(142 내지 148)은 각각 로드 저항으로서 동작하는 로드 트랜지스터이며, 게이트 및 드레인이 연결되는 다이오드 구조를 갖는다. NMOS 트랜지스터(142)의 게이트 및 드레인은 E 노드에 결합되며, 소스는 NMOS 트랜지스터(144)의 게이트 및 드레인에 결합된다. 나머지 NMOS 트랜지스터(144 내지 148)도 동일한 방식으로 결합된다. 복수의 NMOS 트랜지스터들(142 내지 148)의 드레인-소스간에 걸리는 전압은 대략적으로 1V인 것이 바람직하다. 그리고, 도면에는 도시되지 않았으나, 복수의 NMOS 트랜지스터들(142 내지 148)의 베이스는 제1 안테나연결 단자에 결합된다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 변조 션트 회로를 도시한 회로도이다.

도 4에 도시된 변조 션트 회로(200)는 직렬로 결합된 복수의 NMOS 트랜지스터(202 내지 208)들로 구성된다. 복수의 NMOS 트랜지스터들(202 내지 208)은 각각 로드 저항으로서 동작하는 로드 트랜지스터이며, 게이트 및 드레인이 연결되는 다이오드 구조를 갖는다. NMOS 트랜지스터(202)의 게이트 및 드레인은 M 노드에 결합되며, 소스는 NMOS 트랜지스터(204)의 게이트 및 드레인에 결합된다. 나머지 NMOS 트랜지스터(204 내지 208)도 동일한 방식으로 결합된다. 복수의 NMOS트랜지스터들(202 내지 208)의 드레인-소스간에 걸리는 전압은 0.6V 내지 1V 이내인 것이 바람직하다. 그리고, 도면에는 도시되지 않았으나, 복수의 NMOS 트랜지스터들(202 내지 208)의 베이스는 제1 안테나연결 단자에 결합된다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 변조 회로를 도시한 회로도이다.

도 5에 도시된 변조 회로(220)는 M 노드에 일측 단자가 결합되고, 타측 단자는 NMOS 트랜지스터(224)의 드레인에 결합된 제1 저항(222)과 스위치로 동작하며, 소스는 제1 안테나 연결 단자에 결합된 NMOS 트랜지스터(224)로 구성된다. 제1 저항(222)의 저항값은 수동 트랜스폰더의 평판형 안테나(10)로부터 송출되는 반사 RF 신호의 주파수의 시상수와 반사율을 결정한다. 따라서, 인터로게이터의 검파 효율에 영향을 미치지 않을 정도이어야 하므로, 제1 저항(222)의 저항값은 수 KOhm인 것이 바람직하며, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 2 KOhm의 저항을 이용한다.

NMOS 트랜지스터(224)는 제어 회로(180)로부터 게이트로 인가되는 PMOD 신호에 의해 온(ON)/오프(OFF) 동작을 반복하여 전송 데이터를 진폭 변조(Amplitude Modulation) 한다. 즉, PMOD 신호가 로우(LOW)인 경우, 트랜지스터(224)는 스위칭 오프 상태이고, 평판형 안테나(10)의 임피던스는 변화가 없다. PMOD 신호가 하이(HIGH)인 경우, NMOS 트랜지스터(224)는 스위칭 온 상태가 되면, M 노드-제1 안테나간 연결된 저항(222)으로 인해 평판형 안테나(10)의 임피던스는 변화하게 되며, 이에 의해 수동 트랜스폰더로부터 반사되는 RF 신호의 진폭이 변조된다. 따라서, 변조 회로(220)에 의해, 인터로게이터에서 송출되어 수동 트랜스폰더로부터 반사되는 RF 신호는 차등 양위상(Bi-Phase) 엔코딩된 데이터 프레임을 포함하게 되며, 변조된 데이터 프레임은 64Kbps로 송출된다.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 커맨드 검출/입력 버퍼를 도시한 회로도이다.

도 6에 도시된 커맨드 검출/입력 버퍼(240)는 M 노드에 게이트와 드레인이 결합되고 소스는 버퍼(248)의 입력단에 결합된 NMOS 트랜지스터(242)와, NMOS 트랜지스터(242)와 버퍼(248)의 결합점에 일측 단자가 결합되고, 타측 단자는 NMOS 트랜지스터(246)의 드레인에 결합된 저항(244)과, 구동 전원이 게이트로 인가되는 NMOS 트랜지스터(246) 및 버퍼(248)로 구성되어 있다.

NMOS 트랜지스터(242)는 데이터 검출 수단으로서 게이트와 드레인이 결합된 실리콘 다이오드이다. NMOS 트랜지스터(242)는 비변조시 검파/정류 회로(160)에 의해 1차 정류된 제2 전압 신호에 포함된 커맨드 펄스를 검출하여 버퍼에 입력한다. 다른 실시예에서, 데이터 검출 수단은 PIN 다이오드로도 구현될 수 있으므로, 본 명세서에서는 NMOS 트랜지스터(242)를 데이터 검출 수단으로 총칭한다.

NMOS 트랜지스터(246)는 저항(244)과 함께 버퍼 보호 수단으로서 동작하는 스위치이며, 비변조시와 변조시에 각각 스위칭 온/스위칭 오프 동작을 수행하여 버퍼(248)의 오동작을 방지하는 기능을 수행한다. 이하에서는 저항(244)과 NMOS 트랜지스터(246)로 구성된 버퍼 보호 수단의 동작을 변조 회로(220)를 참조하여 설명한다.

수동 트랜스폰더가 변조 회로(220)에 의한 변조 동작시, NMOS 트랜지스터(224)가 스위칭 온 되면서 M 노드는 대략적으로 0 V의 전위값을 갖게 되며, 이로 인해 버퍼(248)의 입력단에는 플로팅 신호가 발생하게 된다. 이때, NMOS 트랜지스터(246)의 게이트로 구동 전원이 인가되면, NMOS 트랜지스터(246)는 스위칭 온 상태가 되며, 버퍼(248)의 입력단은 제1 안테나 연결 단자(제1 접지)와 연결된다. NMOS 트랜지스터(246)와 직렬로 연결된 저항(244)은 저항(222)과 동일하게 변조/비변조시 임피던스 매칭을 위한 저항으로, NMOS 트랜지스터(246)의 임피던스를 증가시키기 위해 이용된다.

한편, 수동 트랜스폰더의 비변조 동작시, 검파/정류 회로(100)에 의해 1차 정류된 신호로부터 NMOS 트랜지스터(242)가 검출한 데이터가 버퍼(248)로 입력되도록 하기 위해, NMOS 트랜지스터(246)는 스위칭 오프된다. 이때, 저항(244) 및 NMOS 트랜지스터(246)의 임피던스는 버퍼(248)의 입력단측 임피던스보다 상대적으로 커야만 데이터의 유실이 발생하지 않는다. 여기서, 버퍼 보호 수단의 임피던스가 작으면, NMOS 트랜지스터(242)에 의해 검출된 데이터의 유실이 발생할 뿐 아니라, 검파/정류 회로(100)의 효율 저하를 초래할 수 있으므로, 저항(244)의 저항값은 수 KOhm 내지 수십 KOhm인 것이 바람직하며, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 14KOhm의 저항을 이용한다.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수동 트랜스폰더 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.

도 7을 참조하면, 인터로게이터는 서로 다른 주파수를 갖는 RF 신호를 송출하는 송신기와 수동 트랜스폰더 장치로부터 반사되는 RF 신호를 수신하는 수신기로 구성되어 있으며, 검출된 데이터를 처리하는 제어 장치(예를 들어, 개인용 컴퓨터(PC))가 연결된다. 설명의 편의를 위해, 915MHz 대역에서 동작하는 경우만을 설명한다. 그러나, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명에서 개시된 내용을 적절히 변경하여 2.45 GHz 대역에서 동작하는 수동 트랜스폰더 시스템을 용이하게 구현할 수 있음은 물론이다.

수정 발진기(305)는 915 MHz의 고정 주파수 신호를 발생하며, 발생된 고정된 주파수에서의 연속 신호인 F2는 주파수 체배기(310)를 통해 주파수 체배된 후 증폭기(315)를 거쳐 제1 안테나(320)로부터 송출된다. 또한, 수정 발진기(305)로부터 발생된 915 MHz의 주파수 신호는 전압 제어 발진기(330)로부터 발생된 1~25KHz범위의 톤 변조된 신호와 믹서(335)에서 혼합되고 주파수 체배기(340)에서 주파수 체배된 후 증폭기(345)를 거쳐 제2 안테나(350)로부터 송출된다. 상술한 제1 안테나(320) 및 제2 안테나(350)로부터 송출된 RF 신호는 선택된 중심 주파수(915MHz)로부터 균일하게 편이된 것이며, 따라서, 두 RF 신호의 평균 중심 주파수는 선택된 중심 주파수와 동일하다. 여기서, 톤 변조된 고주파 신호는 수동 트랜스폰더 감지대상 영역 내에서 비감지 지역을 초래하는 정재파의 발생을 억제한다.

수동 트랜스폰더 장치(400)는 선택된 중심 주파수에 동조하는 복수의 안테나를 구비하고 있으며, 상술한 F1 및 F2 RF 신호로부터 구동 전원을 공급받아 내부에포함된 ID 데이터를 진폭 변조한 후 이를 다시 인터로게이터의 수신부로 전송한다. 수동 트랜스폰더 장치(400)의 내부 구성 및 작동 과정은 상술하였으므로, 상세한 설명은 생략한다.

인터로게이터의 수신부는 제3 안테나(355)를 통해 수동 트랜스폰더 장치(400)로부터 변조된 RF 신호를 수신하고, 수신된 신호는 증폭기(360) 및 대역 필터(365)를 거친 후 수동 발진기(370)로부터 발생된 고주파 신호와 혼합된다. 이후, 신호 처리부(380)는 수동 트랜스폰더 장치(400)로부터 수신한 프리앰블 또는 ID 데이터를 검출한 후, 이를 결합된 제어 장치(385)로 전송한다. 즉, 수신기는 상기 수동 트랜스폰더 장치에 의해 저주파 변조된 RF 신호의 세기 및 지속 시간이 미리 설정된 값 이상이면, 상기 수동 트랜스폰더의 존재를 감지하고, 상기 저주파 변조된 RF 신호에서 상기 ID 데이터를 검출한다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 물론이다. 또한, 본 발명의 권리범위는 아래 기재된 특허청구범위에 의해서만 해석될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의해, ID 데이터의 기록 및 소거가 가능하게 함으로써, RF-ID 시스템의 응용에 제한이 해결되었다.

또한, 트랜시버로부터 수신된 커맨드를 버퍼링하는 입력 버퍼의 오동작을 효과적으로 방지할 수 있으며, CMOS 타입으로 구현된 수동 트랜스폰더 내부에서 비정기적으로 발생하는 과전류 현상으로부터 내부 회로를 보호할 수 있게 되었다.

Claims

인터로게이터로부터 송출된 서로 다른 주파수를 갖는 복수의 RF 신호를 수신하는 복수의 안테나와 제1 내지 제3 안테나 연결 단자를 통해 결합된 수동 트랜스폰더 장치에 있어서,

상기 제2 안테나 연결 단자 및 상기 제3 안테나 연결 단자를 통해 상기 안테나와 결합하고, 상기 RF 신호를 제1 전압 신호 및 제2 전압 신호로 변환하여 출력하는 검파/정류부;

상기 검파/정류부의 제1 전압 신호 출력측과 상기 제1 안테나 연결 단자 사이에 결합되며, 상기 제1 전압 신호를 입력받아 상기 수동 트랜스폰더 장치의 구동 전원으로 공급하는 차저 탱크;

상기 검파/정류부의 제1 전압 신호 출력측과 상기 제1 안테나 연결 단자 사이에 결합되며, 상기 제1 전압 신호의 크기를 제한하는 칩 파워 션트부;

상기 검파/정류부의 제2 전압 신호 출력측과 상기 제1 안테나 연결 단자 사이에 결합되며, 상기 제2 전압 신호의 크기를 제한하는 변조 션트부;

상기 수동 트랜스폰더의 작동에 관련된 초기 데이터 및 전송 데이터를 저장하는 저장부;

상기 검파/변조부의 제2 전압 신호 출력측과 제어부 사이에 결합되고, 변조시에 온(ON)되고 비변조시에 오프(OFF)되는 버퍼 보호 수단을 구비하며, 상기 제2 전압 신호로부터 커맨드를 검출하는 커맨드 검출/입력 버퍼;

상기 커맨드 검출/입력 버퍼로부터 입력된 커맨드에 의해 상기 수동 트랜스폰더의 전체적인 동작을 제어하는 제어부; 및

상기 검파/정류부의 제2 전압 신호 출력측과 상기 제1 안테나 연결 단자 사이에 결합되며, 상기 제어부의 제어에 의해 상기 저장부에 기록된 상기 전송 데이터를 진폭 변조하는 변조 회로를 포함하는 수동 트랜스폰더 장치.
제1항에 있어서,

상기 차저 탱크는 평판형 콘덴서인 것을 특징으로 하는 수동 트랜스폰더 장치.
제1항에 있어서,

상기 칩 파워 션트부는, 상기 검파/정류부의 제1 전압 신호 출력측과 상기 제1 안테나 연결 단자 사이에 결합되며, 직렬로 연결된 다이오드 결합 구조를 갖는 복수의 MOS 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 수동 트랜스폰더 장치.
제1항에 있어서,

상기 변조 션트부는, 상기 검파/정류부의 제2 전압 신호 출력측과 상기 제1 안테나 연결 단자 사이에 결합되며, 직렬로 연결된 다이오드 결합 구조를 갖는 복수의 MOS 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 수동 트랜스폰더 장치.
제1항에 있어서,

상기 저장부는 EEP 롬이며, 상기 저장부에는 수동 트랜스폰더의 응용 목적에 따라 필요한 작동 모드(OPERATION MODE) 및 내부 동작 제어에 필요한 초기 데이터(INITIALIZE DATA)와, 수동 트랜스폰더의 ID 데이터를 포함하는 전송 데이터가 기록되는 것을 특징으로 하는 수동 트랜스폰더 장치.
제1항에 있어서,

상기 변조부는, 상기 검파/정류부의 제2 전압 신호 출력측과 상기 제1 안테나 연결 단자 사이에 결합되며,

상기 제2 전압 신호 출력측과 일측 단자가 결합되며, 상기 안테나의 임피던스를 변경하여 상기 RF 신호를 진폭 변조하기 위한 저항; 및

상기 제1 저항의 타측 단자와 드레인이 결합되고, 소스는 상기 제1 안테나 연결 단자에 결합되며, 상기 제어부의 변조 제어 신호 PMOD를 게이트를 통해 입력받아 스위칭되는 MOS 트랜지스터를 포함하되,

상기 MOS 트랜지스터는 상기 PMOD 신호에 의해 스위칭 온/스위칭 오프되어 상기 저항과 상기 안테나 사이의 전류 경로를 설정/해제함으로써, 상기 안테나의임피던스를 변경하며, 이로 인해 상기 트랜스폰더로부터 반사되는 RF 신호의 진폭을 변조하는 것을 특징으로 하는 수동 트랜스폰더 장치.
제1항에 있어서,

상기 커맨드 검출/입력 버퍼는,

상기 검파/변조부의 제2 전압 신호 출력측과 상기 제어부 사이에 결합되며,

게이트와 드레인이 결합된 다이오드 구조를 가지며, 드레인으로 입력된 상기 제2 전압 신호로부터 커맨드를 검출하는 제1 MOS 트랜지스터;

상기 제1 MOS 트랜지스터의 소스에 결합되고, 상기 제1 MOS 트랜지스터로부터 입력된 커맨드를 상기 제어부로 출력하는 입력 버퍼;

상기 제1 MOS 트랜지스터의 소스에 일측 단자가 결합된 저항; 및

상기 저항의 타측 단자에 드레인이 결합되며, 상기 제1 안테나 연결 단자에 소스가 결합되고, 구동 전원을 게이트를 통해 입력받아 스위칭되는 제2 MOS 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 수동 트랜스폰더 장치.
제7항에 있어서,

상기 수동 트랜스폰더 장치의 변조 동작시 상기 제1 MOS 트랜지스터는 오프되고, 상기 제2 MOS 트랜지스터는 스위칭 온 되어 상기 저항과 상기 안테나 사이에전류 경로를 설정하는 것을 특징으로 하는 수동 트랜스폰더 장치.
제7항에 있어서,

상기 수동 트랜스폰더 장치의 비변조 동작시 상기 제1 MOS 트랜지스터는 다이오드로 동작하여 제2 전압 신호에 포함된 커맨드를 검출하고, 상기 제2 MOS 트랜지스터는 스위칭 오프되어 검출된 커맨드의 유실을 방지하는 것을 특징으로 하는 수동 트랜스폰더 장치.
제1항에 있어서,

상기 검파/정류부는,

상기 제3 안테나 연결 단자에 P 노드가 결합되고, N 노드로 제1 전압 신호를 출력하는 쇼트키 다이오드;

상기 제3 안테나 연결 단자 및 상기 제2 안테나 연결 단자 사이에 결합되고, 상기 제3 안테나 연결 단자와의 결합점으로 제2 전압 신호를 출력하는 결합 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 수동 트랜스폰더 장치.
제1항에 있어서,

상기 검파/정류부는,

상기 제3 안테나 연결 단자에 P 노드가 결합되고, N 노드로 제2 전압 신호를 출력하는 제1 쇼트키 다이오드;

상기 제1 쇼트키 다이오드의 N 노드에 P 노드가 결합되고, N 노드로 제1 전압 신호를 출력하는 제2 쇼트키 다이오드; 및

상기 제1 쇼트키 다이오드 및 상기 제2 쇼트키 다이오드의 결합점과 상기 제2 안테나 연결 단자 사이에 결합된 결합 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 수동 트랜스폰더 장치.
제10항 또는 제11항에 있어서,

상기 결합 커패시터는 평판형 커패시터인 것을 특징으로 하는 수동 트랜스폰더 장치.
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